[发明专利]二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的二次电池

说明书

本发明提供一种二次电池用正极活性材料和包含其的二次电池，所述正极活性材料包含：核；壳，所述壳以包围所述核的方式设置；以及缓冲层，所述缓冲层位于所述核与所述壳之间，并包括连接所述核与所述壳的三维网络结构和孔，其中所述核、所述壳和所述缓冲层中的三维网络结构各自独立包含锂‑镍‑锰‑钴基复合金属氧化物，且所述正极活性材料具有0.2m²/g～0.5m²/g的BET比表面积、30体积％以下的孔隙率和8μm～15μm的平均粒径(D₅₀)。通过控制所述活性材料粒子的比表面积、平均粒径和孔隙率以及特定结构，可以使因在制造电极中的辊压过程中造成的所述活性材料的分解最小化，与电解液的反应性最大化。

技术领域

相关申请的交叉参考

本申请要求在韩国知识产权局于2016年3月4日提交的韩国专利申请2016-0026224号以及于2017年3月3日提交的韩国专利申请2017-0027879号的优先权和权益，通过参考将其内容以其完整形式并入本文中。

技术领域

本发明涉及能够改善电池的充电/放电特性的二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的二次电池。

背景技术

随着移动设备的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高的能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

然而，锂二次电池具有由于反复充电/放电而导致寿命急剧下降的缺点。特别地，这种问题在高温下变得更严重。这是因为由于电池中的湿气或其他原因而导致电解质退化或活性材料劣化，并且电池的内部电阻增加。

因此，目前最积极开发并使用的锂二次电池用正极活性材料是层状LiCoO₂。虽然LiCoO₂由于优异的寿命特性和充电/放电效率而被最广泛地使用，但由于结构稳定性低，因此其对于应用于制造高容量电池的技术方面存在限制。

作为替代常规材料的正极活性材料，已经开发了各种锂复合金属氧化物，例如LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂等。其中，LiNiO₂具有高放电容量的电池特性作为有利效果，但是其难以通过简单的固相反应合成，具有低的热稳定性和循环特性作为不利效果。另外，尽管诸如LiMnO₂或LiMn₂O₄的锂锰基氧化物具有优异热稳定性且廉价作为有利效果，但其具有低容量且差的高温特性作为不利效果。特别地，LiMn₂O₄已经作为部分低价格产品而商业化，但是由于因Mn³⁺造成的结构变形(扬-泰勒(Jahn-Teller)畸变)而导致不能具有良好的寿命特性。此外，LiFePO₄价格低且安全性优异，由此近来用于关于混合动力电动车辆(HEV)的各种研究中，但它由于电导率低而难以用于其他应用。

由于上述原因，进来，作为LiCoO₂的替代正极活性材料的最高度值得重视的材料是锂镍-锰-钴氧化物Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂(其中x、y和z各自是独立的氧化物组成元素的原子分数，0x≤1，0y≤1，0z≤1，且0x+y+z≤1)。该材料价格低于LiCoO₂，并且具有在高容量和高电压下使用的有利效果，但是具有在高温下倍率性能差且寿命特性差的不利效果。

因此，迫切需要制备正极活性材料的方法，所述方法通过改变锂复合金属氧化物中的组成或控制其中的晶体结构能够改善锂二次电池的性能。